基于Simulink的语音通信调制解调仿真实验
(完整版)simulink模拟通信系统仿真及仿真流程
基于Simulink的通信系统建模与仿真——模拟通信系统姓名：XX完成时间：XX年XX月XX日一、实验原理（调制、解调的原理框图及说明）AM调制AM调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。
AM调制原理框图如下AM信号的时域和频域的表达式分别为式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。
AM解调AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。
AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。
AM相干解调原理框图如下。
相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。
如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。
AM包络检波解调原理框图如下。
AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。
包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。
DSB调制在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB）。
DSB调制原理框图如下DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时域和频域表示式分别为DSB解调DSB只能进行相干解调，其原理框图与AM信号相干解调时完全相同，如图SSB调制SSB调制分为滤波法和相移法。
滤波法SSB调制原理框图如下所示。
图中的为单边带滤波器。
产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。
产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为。
滤波法SSB调制的频域表达式相移法SSB调制的原理框图如下。
图中，为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，对中的任意频率分量均相移。
相移法SSB调制时域表达式如下。
式中，“－”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；表示把的所有频率成分均相移，称是的希尔伯特变换。
SSB解调SSB只能进行相干解调。
(完整版)simulink模拟通信系统仿真及仿真流程
基于Simulink的通信系统建模与仿真——模拟通信系统姓名：XX完成时间：XX年XX月XX日一、实验原理（调制、解调的原理框图及说明）AM调制AM调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。
AM调制原理框图如下AM信号的时域和频域的表达式分别为式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。
AM解调AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。
AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。
AM相干解调原理框图如下。
相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。
如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。
AM包络检波解调原理框图如下。
AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。
包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。
DSB调制在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB）。
DSB调制原理框图如下DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时域和频域表示式分别为DSB解调DSB只能进行相干解调，其原理框图与AM信号相干解调时完全相同，如图SSB调制SSB调制分为滤波法和相移法。
滤波法SSB调制原理框图如下所示。
图中的为单边带滤波器。
产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。
产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为。
滤波法SSB调制的频域表达式相移法SSB调制的原理框图如下。
图中，为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，对中的任意频率分量均相移。
相移法SSB调制时域表达式如下。
式中，“－”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；表示把的所有频率成分均相移，称是的希尔伯特变换。
SSB解调SSB只能进行相干解调。
实验二--基于simulink的2ASK数字调制与解调的仿真
实验二 基于simulink 的2ASK 有扰通信系统仿真一、实验目的1、熟悉2ASK 系统的调制、解调原理2、进一步熟悉MATLAB 环境下的Simulink 仿真平台3、提高学生分析问题和解决问题的能力二、实验原理1、2ASK 调制原理a)2ASK 的时间波形振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。
当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。
设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P ，发送1符号的概率为1-P ，且相互独立。
该二进制符号序列可表示为)()(S nn nT t g a t s -=∑其中，⎩⎨⎧=P -P 110发送概率为发送概率为n a T s 是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为T s 的矩形脉冲:⎩⎨⎧≤≤=其他001)(s T t t g则二进制振幅键控信号可表示为t nT t g a t t s t s c s n n c ASK ωωcos )(cos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==∑ 典型波形如图1-1所示图1-1 典型2ASK 波形由图1-1可以看出，2ASK 信号的时间波形e 2ASK (t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK 信号）。
b)2ASK 信号的功率谱密度由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程，所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。
2ASK 信号功率谱密度的特点如下：(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由调制信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的2倍。
2ASK 信号功率谱密度推导：设调制信号s(t)为单极性不归零码，码元间隔为T s ，高电平设为A ，低电平为0，则)(t s 的功率谱)(f P s 为 )(4)(4)(222f A fT Sa T A f P s s s δπ+= 已调信号为t nT t g a t t s t s c S n n c ASK ωωcos )(cos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==∑，其功率谱为[])()(16)()(sin )()(sin 16)(2222c c s c s c s c s c s e f f f f A T f f T f f T f f T f f T A f P -+++⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--+++=δδππππ图1-2 2ASK 信号的功率谱密度示意图图中，sb T f 1=，为调制信号s(t)的带宽，数值上也等于码元速率。
实验三基于simulink的2FSK数字调制与解调仿真
河北北方学院信工学院数据通信原理实验（2013/2014学年第二学期）课程名称：数据通信原理题目：基于Simulink的2FSK数字调制与解调专业班级：信息工程三班学生姓名：王璐伟201342250宋帅楠201342291指导教师：刘钰设计周数：1周设计成绩：2014年11月22日第1章实验目的1、熟悉2FSK系统的调制、解调原理2、进一步熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台3、锻炼学生分析问题和解决问题的能力第2章设计基础及要求2.1 数字通信系统数学模型图1.1 数字通信系统模型图2-1 数字通信系统典型的数字通信系统由信源、编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成，如图 1-1所示，数字调制是数字通信系统的重要组成部分，数字调制系统的输入端是经编码器编码后适合在信道中传输的基带信号。
对数字调制系统进行仿真时，我们并不关心基带信号的码型，因此，我们在仿真的时候可以给数字调制系统直接输入数字基带信号，不用在经过编码器。
2.2 项目目的基于Simulink的数字通信系统仿真—采用2FSK调制技术2.2.1技术要求及原始数据(1)对数字通信系统主要原理和技术进行研究，包括二进制频移键控（2FSK）及解调技术和高斯噪声信道原理等；(2)建立数字通信系统数学模型；(3)建立完整的基于2FSK的模拟通信系统仿真模型；(4)对系统进行仿真、分析。
2.2.2主要任务(1)建立模拟通信系统数学模型；(2)利用Simulink的模块建立模拟通信系统的仿真模型；(3)对通信系统进行时间流上的仿真，得到仿真结果；(4)将仿真结果与理论结果进行比较、分析。
第3章3.1 2FSK调制解调基本原理3.1.1 2FSK调制原理二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现。
两种FSK信号的调制方法的差异在于：由直接调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的（这一类特殊的FSK，称为连续相位FSK（Continous-Phase FSK，CPFSK）），而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。
实验二--基于simulink的2ASK数字调制与解调的仿真
实验二 基于simulink 的2ASK 有扰通信系统仿真一、实验目的1、熟悉2ASK 系统的调制、解调原理2、进一步熟悉MATLAB 环境下的Simulink 仿真平台3、提高学生分析问题和解决问题的能力二、实验原理1、2ASK 调制原理a)2ASK 的时间波形振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。
当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。
设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P ，发送1符号的概率为1-P ，且相互独立。
该二进制符号序列可表示为)()(S nn nT t g a t s -=∑其中，⎩⎨⎧=P -P 110发送概率为发送概率为n a T s 是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为T s 的矩形脉冲:⎩⎨⎧≤≤=其他001)(s T t t g则二进制振幅键控信号可表示为t nT t g a t t s t s c s n n c ASK ωωcos )(cos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==∑ 典型波形如图1-1所示图1-1 典型2ASK 波形由图1-1可以看出，2ASK 信号的时间波形e 2ASK (t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK 信号）。
b)2ASK 信号的功率谱密度由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程，所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。
2ASK 信号功率谱密度的特点如下：(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由调制信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的2倍。
2ASK 信号功率谱密度推导：设调制信号s(t)为单极性不归零码，码元间隔为T s ，高电平设为A ，低电平为0，则)(t s 的功率谱)(f P s 为 )(4)(4)(222f A fT Sa T A f P s s s δπ+= 已调信号为t nT t g a t t s t s c S n n c ASK ωωcos )(cos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==∑，其功率谱为[])()(16)()(sin )()(sin 16)(2222c c s c s c s c s c s e f f f f A T f f T f f T f f T f f T A f P -+++⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--+++=δδππππ图1-2 2ASK 信号的功率谱密度示意图图中，sb T f 1=，为调制信号s(t)的带宽，数值上也等于码元速率。
Simulink仿真AM调制解调系统
XX理工大学实验报告学院（系）：专业：班级：姓名：学号：组：实验时间：实验室：实验台：指导教师签字：成绩：实验名称：Simulink仿真AM调制解调系统一、实验程序和结果：利用matlab中的simulink功能，对系统进行仿真。
1.语音信号的调制与解调（1）各部分参数设计：①输入的调制信号：调制信号的频率为20Hz，载波信号的频率为200Hz，二者的采样频率均为1000Hz，满足采样频率的要求。
②随机信号模拟的干扰：在实际仿真时，随机信号模拟信道的干扰信号，但在进行仿真时，并无图像输出。
大概设置存在问题。
③带通滤波器的参数设置：滤波器为带通滤波器，下限通带频率为150Hz,阻带频率为100Hz；上限通带频率为250Hz,阻带频率为300Hz.采样频率为1000Hz.④低通滤波器：低通滤波器的上限通带截止频率为25Hz，阻带频率为30Hz；采样频率为1000Hz。
（2）框图：（3）各处时域频域波形：A.调制信号：时域图像：频域图像：B.载波信号：时域波形：频域波形：C.调制后信号波形：时域波形：频域波形：D.加入噪声后图像：时域波形：频域波形：E.带通滤波器后信号图像：时域波形：频域波形：F.通过低通滤波器后信号图像：时域波形：频域波形：2、结果分析该系统使用乘法器对低频信号进行幅度调制，用低频信号u控制高频载波u0的幅度。
再利用想干解调的方法将原信号还原。
由输出波形可知，该系统基本实现了预定的功能。
但加噪声后的波形输出幅度波动较大，原因是带通滤波器对噪声的滤波效果不理想，导致解调后的波形含有剩余的噪声分量，主要是f0附近的噪声对波形造成了影响。
二、自选系统的系统函数为H(s)=(s^2+8s+10)/(s^2+5s+4)。
（1）系统框图：采用冲击信号作为输入（幅度为1），仿真信号进过系统后的单位冲击响应。
（3）输入信号时域波形：输出信号时域波形：。
基于simulink的AM、DSB、SSB调制解调仿真
AM 调制解调一、 设计原理幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使正弦载波的幅度随着调制信号而改变的调制方案，属于线性调制。
AM 信号的时域表示式：频谱：调制器模型如图所示：AM 调制器模型AM 的时域波形和频谱如图所示：时域 频域AM调制时、频域波形AM 信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。
它的带宽是基带信号带宽的2倍。
在波形上，调幅信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化，在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。
00()[()]cos cos ()cos AM c c c s t A m t t A t m t tωωω=+=+01()[()()][()()]2AM c c c c S A M M ωπδωωδωωωωωω=++-+++-c t在解调时，根据AM调制的特性，既可以采用相干解调，也可以采用包络检波。
二、Simulink建模调制信号：频率5 HZ ，振幅1 ，载波：频率50HZ ，振幅1 ，1、相干解调2、包络检波三、仿真结果1、相干解调结果2、包络检波结果四、结果分析在仿真结果出来后，经过仔细对比，解调后的信号与原信号大致相同，但在波形和幅度上均有偏差，幅度上的偏差是由于噪声和调制系统的性能共同引起的，可以通过增强振幅恢复至原始状态。
波形偏差主要是由噪声引起，在整个系统中，我添加了均值为0，方差为1的高斯白噪声，以模拟现实环境。
仿真结果证明，当去掉造声时，幅度失真仍然存在，但波形失真基本消失，验证了我的判断。
DSB调制解调一、 设计原理在AM 信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。
AM 调制模型中将直流分量去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式——抑制载波双边带信号，即双边带信号（DSB ）。
DSB 信号的时域表示式频谱：DSB 的时域波形和频谱如图所示：时域 频域DSB 调制时、频域波形DSB 的相干解调模型如图所示：：tt m t s c DSB ωcos )()(=)]()([21)(c c DSB M M S ωωωωω-++=(DSB s t HHccDSB调制器模型与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率时100%，DSB 信号解调时需采用相干解调。
基于Matlab(Simulink)《通信原理》实验仿真(模拟部分)
基于Matlab（Simulink）《通信原理》实验仿真（模拟部分）基于Matlab(Simulink)《通信原理》实验仿真(模拟部分)摘要模拟通信在通信系统中的使用非常广泛，而MATLAB(Simulink)是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，它可以解决包括信号和图像处理、通讯等众多应用领域中的问题。
利用MATLAB集成环境下的M文件和Simulink工具箱可以完成通讯系统设计与仿真，本文主要是利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现AM、FM、VSB调制与解调过程，并分别绘制出其信号波形。
再通过Simulink工具箱对模拟通信系统进行建模仿真。
Simulation of communication in a communication system is very extensive, and the use of MATLAB (Simulink) is used to algorithm development, data visualization, data analysis and numerical calculation of the senior technical calculation language and interactive environment, it can solve the including signal and image processing, communicationetc many applications in question. MATLAB integration environment Mfiles and Simulink tool box can complete communication system design and simulation, this paper is mainly use of MATLAB integration environment, programming of the M files to achieve AM, FM, VSB modulation and demodulation process, and separately plot its signal waveform. Again through Simulink communication system toolbox of simulation modeling simulation .关键词模拟信号;AM;FM;VSB;调制解调;MATLAB(Simulink)目录:第一章绪论第二章理论与方法2.1 matlab简介2.2 Simulink简介2.3 通信原理概述第三章设计方案3.1用 MATLAB的M文件进行模拟调制3.1.1 基于MATLAB的AM信号调制与解调3.1.2 基于MATLAB的FM信号调制与解调3.1.3 基于MATLAB的VSB信号调制与解调3.2用Simulink对模拟通信系统进行建模仿真3.2.1频分复用和超外差接收机的仿真模型3.2.2调频立体声接收机模型第四章小结参考文献致谢附录1:程序清单第一章绪论调制在通信系统中的作用至关重要。
(完整word版)基于simulink的数字调制解调仿真(最终版)
电子科技大学成都学院电子信息工程技术系课程设计课程名称：基于matlab通信系统课程设计题目名称：基于matlab对信号的调制与解调的仿真学生姓名：罗弢学号：2630840215系（分院）：电子信息工程专业：通信技术指导老师：胡曼青课程设计报告年级06级专业通信技术班级 2 班姓名罗弢同组人姓名陈锐指导老师胡曼青职称课程名称基于matlab通信系统课程设计课程性质基于matlab对信号的调制与解调的仿真设计项目基于simulink的数字调制解调仿真实验要求必开或选开1 设计目的1。
1对数字信号的simulink建模仿真2 设计要求2.1基于matlab对simulink的研究。
2。
2围绕通信原理，matlab的实践进行研究3课程设计的进度安排3.1了解matlab/simulink的相关知识3。
2通过对2ASK、2FSK、2PSK信号的仿真实现simulink建模仿真摘要Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulin作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。
本文主要是以simulink为基础平台，对2ASK、2FSK、2PSK信号的仿真.文章第一章内容是对simulink的简单介绍和通信技术的目前发展和未来展望;第二章是对2ASK、2FSK和2PSK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容,第三章是2ASK、2FSK和2PSK信号的仿真部分，调制和解调都是simulink建模的的方法,在解调部分各信号都是采用相干解调的方法,而且在解调的过程中都对整个系统的误码率在display模块中有所显示本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。
关键词：2ASK、2FSK、2PSK，simulink，调制,相干解调目录摘要 (42)第1章绪论 (44)1.1 MATLAB/Smulink的简介 (54)1.2 通信发展简史 ..........................................................................错误!未定义书签。
matlab中simulink通信原理实验报告.doc
通信原理实验报告班级：电子姓名：小朋友04学号：指导教师：一、实验内容：应用 matlab 中得 simulink工具箱，设计一个模拟的调制解调系统。
对该系统的要求是：能够完成AM、DSB、 SSB和 NBFM调制，解调使用相干的解调方式。
要求调制信号为m(t)=cos10*2* π*t ，载波的频率为 500Hz，AM的调制度为。
二、实验步骤：在matlab 窗口打入 simulink 后，弹出 simulink 工具箱，之后，新建文件，分别选择 sine 式 wave、product 、scope、spectrumscope模块，搭建电路图。
之后，分别设置调制信号为幅度为1，频率为10*2*pi ，位移为 2，设置载波幅值为1，频率为 500Hz，点击运行，之后双击 scope 可以看到 AM调制波形。
同理设置调制信号为幅度为 1，频率为 10*2*pi ，位移为 0，设置载波幅值为 1，频率为 500Hz，点击运行，之后双击 scope 可以看到DSB 调制波形。
重新搭建电路，设置载波幅值为1，频率为 500Hz，点击运行，之后双击 scope 可以看到 SSB调制波形。
三、实验结果：AM调制所用电路AM调制波形如图AM调制后频谱DSB调制后波形DSB调制后频谱SSB调制电路SSB调制后波形SSB调制后频谱NBFM调制后频谱四、实验总结：通过学习我学会应用matlab 中得 simulink工具箱，设计一个模拟的调制解调系统；并且能借此分析AM,DSB,SSB,NBFM的产生原理。
在实验过程中我遇到了很多困难，通过查阅MATLAB的仿真书籍才解决，通过实验我学到了很多知识。
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第29卷 第5期2007年10月电气电子教学学报J OU RNAL OF EEEVol.29 No.5Oct.2007基于Simulink 的语音通信调制解调仿真实验许 可,李 敏,罗鹏飞(国防科技大学电子科学与工程学院信号处理实验室,湖南长沙410073)收稿日期:2007206230;修回日期:2007208222作者简介:许 可(19822),男,四川乐山人,博士生,助教,主要研究方向为现代信号处理,多目标跟踪。
李 敏(19812),女,内蒙古包头人,博士生,主要研究方向为空间电子信息系统。
罗鹏飞(19622),男,湖南安化人,硕士,教授,主要研究方向为雷达信号处理。
摘 要:窄带随机过程是“随机信号分析”课程中重要的知识点。
本文以调制信号这种典型的窄带随机过程为例,利用Simulink 仿真软件模拟了语音通信的全过程,并在调制信号被高斯白噪声污染的情况下比较了相干解调与包络解调的信号质量。
将Simulink 软件引入“随机信号分析”的计算机仿真教学实验,既可加深学生对该课程中抽象理论的认识和理解,也可锻炼学生分析问题和解决问题的能力。
关键词:语音通信;Simulink ;相干解调;仿真实验中图分类号:TP391.9 文献标识码:B 文章编号:100820686(2007)0520079203Simulation Experiment of Modulation and Demodulationin Speech Communication Using SimulinkXU K e ,L I Min ,L U O Peng 2fei(Si gnal Processing L aboratory ,School of Electronic Science and Engineering ,N ational Univ.of Def ense T echnology ,Changsha 410073,China )Abstract :Narrow 2band random process is important in Random Signal Analysis .Taking t he modulated signal ,one of t he typical narrow 2band random p rocesses ,as an example ,t his paper simulates t he whole p rocess of speech communication in t he white Gauss noise background ,and compares t he quality of speech signal taking coherent demodulation met hod wit h t he one taking envelope demodulation met hod.By int ro 2ducing t he Simulink software into t he comp uter teaching experiment of Random Signal Analysis ,it can help st udent s understand t hese abst ract t heories ,it also can t rain t heir abilities of analyzing and solving p roblems.K eyw ords :speech communication ;Simulink ;coherent demodulation ;simulation experiment0 引言通信系统中的调制信号是典型的窄带随机过程。
为了使消息信号能够长距离传输,通常需要在发送端(信源)对消息信号进行调制,然后将调制信号通过天线发射出去,信号在信道中会叠加信道噪声,最后在接收端(信宿)对信号进行解调来还原消息信号。
图1就是典型的通信系统框图。
图1 语音通信系统框图通信系统中随机过程理论是“随机信号分析”课程中重要的知识点。
该理论內容抽象,公式结论较多,涉及到希尔伯特变换的许多內容。
如果学生只注重书本上的理论推导,而不能联系相关的实践知识,往往不能对这些理论有深入的认识和掌握。
本文在Matlab的Simulink的仿真环境中,充分利用Simulink模块化、直观和操作简单的特点,验证和演示了语音通信调制与解调过程中窄带随机过程的相关理论,使窄带随机过程理论的教学更加形象,更加容易理解和掌握。
1 仿真实验的原理与实现1.1 仿真实验要求针对一段语音,采用Simulink实现语音通信的调制解调功能。
语音信源文件为一段英语听力“english.wav”,信源信号的采样率为44.1k Hz,其单边带宽限制为2.5k Hz。
调制模型采用常规幅度调制,载波频率为8.82k Hz,调制信号加入窄带高斯白噪声。
解调器采用两种解调方式:相干解调和线性包络检波器非相干解调。
以比较在不同强度噪声背景下两种解调方式得到的语音信号的质量。
1.2 问题分析在常规幅度调制中,将频率为ω的消息信号与一个较高频率的载波相乘,此时调制信号的幅度正比于消息信号,即载波的幅度变化传递了消息信号携带的信息。
假设m(t)是消息信号,输入强度为d 的直流分量,载波信号为c(t)=A c cos(2πf c t),式中A c为载波幅度,f c=ωc/2π=8.82k Hz为载波频率。
则调制信号的时域表达式为:u(t)=[m(t)+d]A c co s(ωc t)(1)取其傅立叶变换得到调制信号的频域表达式为U(ω)=A c2[M(ω-ωc)+M(ω+ωc)]+πdA c[δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc)](2)解调是从调制信号中提取消息信号的逆过程。
对于相干解调,它在接收端用一个与载波同频率同相位的正弦信号与调制信号相乘,然后将乘积通过低通滤波器即可。
下面以相干解调方法为例简要介绍信号的解调过程。
如在接收端用本地振荡器产生的幅度为2/A c 的正弦信号与调制信号u(t)相乘得到u(t)2A cco s(ωc t)=2[m(t)+d]co s2(ωc t)=[1+co s(2ωc t)][m(t)+d](3)此时信号的傅立叶变换为M(ω)+12[M(ω-2ωc)+M(ω+ωc)]+πd[δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc)+2δ(ω)](4)载波的频率ωc一般远大于信号频率ω,将式(4)表达的信号通过一个合适的低通滤波器后就可得到M(ω)+2πdδ(ω)(5)此时信号的时域表达式为m(t)+d,即解调器得到的是信号m(t)加直流。
最后再通过隔直电容去除直流成分就可以恢复语音信号m(t)。
需要注意的是,在调制过程中把m(t)+d替代m(t)作为语音信号,是为了确保m(t)+d总是一个正数,这样才能确保正确恢复语音信号。
具体的理论分析可以参考文献[1,4]。
Simulink仿真结果也验证和演示了这个原理。
在实际操作中,必须将d设定为一个较大的数就可以保证m(t)+d总为正。
图中解调部分提供了两种解调方式:相干解调和非相干解调(包络检波)。
图2就是根据以上原理设计的语音通信调制解调Simulink仿真实验的系统框图。
图2 语音通信调制解调仿真实验系统框图1.3 相干解调子系统的设计为了使建立的仿真模型更加简洁,需要设计满足仿真环境需求的自定义模块(子系统)。
设计子系统极类似于C语言中利用基本库函数建立自定义函数,也类似于集成电路设计中利用基本电子元器件设计集成芯片。
下面讨论相干解调,图2中的相干解调子系统内部示意图如图3所示。
图3 相干解调子系统内部示意图08 电气电子教学学报 第29卷从图3可以看出,相干解调子系统基本上是按照式(3)～(5)来设计的。
调制信号u (t )从端口In 进入后与载波相乘(式3),接着将信号通过一个合适的放大器(即式3中设计的载波幅度),然后将信号通过低通滤波器滤除高频信号(式4和式5)。
再减去直流信号后从端口Out 出来的解调信号,就是恢复的语音信号m (t )。
在相干解调子系统的设计中,我们依次用到了乘法器、放大器、滤波器及减法器等基本模块。
通过这些基本模块,可以构建出更大更复杂的子系统。
在进行各种仿真实验的时候完全可以不用先考虑各种细节问题,而是直接从设计上层的系统级模块入手,然后再设计下一层的各个功能模块。
这种自顶向下的模块化设计思想,使得仿真实验可使条理更加清晰,既便于团队合作,也便于查找问题。
1.4 Simulink 仿真结果实验采用的Matlab 软件版本号为6 5 1。
在仿真实验的信道中加入了均值为0,方差为0.01的高斯白噪声,Simulink 仿真时间设定为5s 。
仿真输出波形如图4和图5所示。
图4 d =1时输出波形图5 d =0时输出波形图中从上到下依次是信源信号、相干解调信号和非相干解调信号的波形。
其中图4所示的是直流信号d =1的情况,可以看出此时的相干解调和非相干解调得到的解调信号波形与信源信号波形非常接近;而图5所示的是在调制的时候没有叠加直流信号的情况(d =0),可以看出此时相干解调(中间波形)效果仍然非常好,但是非相干解调(下部波形)却把时间轴下半部的信号全部缺失。
解调效果的好坏,我们可以通过播放解调信号来收听。
关于d =0时非相干解调不正常的原因,可以从Simulink 模块的设计过程来给出定性解释。
在仿真实验系统框图中,图2最左边是一个波形读取模块(From Wave File ),它把english.wav 文件读取成[21,1]之间的浮点型小数送入下一个模块。
在非相干解调模块中,采用绝对值检波器,此时20.5和0.5都会被视作是同样的信号。
如果在调制的时候不添加合适的直流信号,那么在非相干解调时就会导致时间轴下半部的信号全部会被翻判成正值,因此导致时间轴下半部信号缺失。
如果在调制时叠加一个d =1的直流信号,则可以保证下一步处理的所有信号都是正数。
正的信号通过绝对值检波器就不会发生误判的情形,只需要在输出的时候再减去这个直流信号,就可以很好的恢复信源信号。
2 结论本文以语音调制和解调为例,利用Simulink 仿真软件模拟了语音通信的全过程。
针对在幅度调制的时候有无直流输入的两种情况,比较了高斯白噪声背景下相干解调和非相干解调的效果,并从Sim 2ulink 模块设计的角度对这个原因作出了定性解释。
将Simulink 引入“随机信号分析”课程的教学实验,既可加深学生对课程中抽象理论的认识和理解,更可锻炼学生分析问题和解决问题的能力。
参考文献:[1] 罗鹏飞,张文明.随机信号分析与处理[M ].北京:清华大学出版社,2006[2] 罗鹏飞,刘福声,张文明.随机信号分析[M ].长沙:国防科技大学出版社,2000[3] 张志涌.精通MA TLAB 6.5版[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003[4] John G.Proakis 著,刘树棠译.现代通信系统-使用MA T 2LAB [M ].西安:西安交通大学出版社,2001[5] 王艳芳,于洪珍,王刚,通信电子电路Matlab/Simulink 仿真[J ],南京:电气电子教学学报,2007,29(1):7828118第5期许 可,李 敏等:基于Simulink 的语音通信调制解调仿真实验。